水文地質(zhì)調(diào)查中熱紅外技術(shù)的應(yīng)用

楊紅

摘要：現(xiàn)階段，我國很多地區(qū)均出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的缺水問題，由于水文地質(zhì)條件具有較強(qiáng)的特殊性，應(yīng)用常規(guī)性水文地質(zhì)方法很難準(zhǔn)確搜尋到地下水，因此，對水文地質(zhì)調(diào)查技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新勢在必行。

關(guān)鍵詞：水文；地質(zhì)調(diào)查；熱紅外技術(shù)；應(yīng)用探討

在水文地質(zhì)調(diào)查過程中，應(yīng)用傳統(tǒng)物探方法，不僅需要耗費(fèi)大量的人力、物力，而且由于地形條件以及地質(zhì)物性差異的制約，很難取得理想效果。紅外遙感不僅可以在風(fēng)化層覆蓋區(qū)以及火成巖區(qū)對構(gòu)造破碎帶進(jìn)行準(zhǔn)確搜尋，還可以在短時間內(nèi)收集大量熱圖資料，從而幫助調(diào)查人員及時且準(zhǔn)確的了解該地區(qū)地下水出露點(diǎn)以及地表水排泄點(diǎn)的分布情況，從而準(zhǔn)確快捷尋找到地下水。

一、地下水熱象特征

（一）構(gòu)造裂隙水

構(gòu)造斷裂區(qū)域的地下水常常將具有一定張性的斷裂破碎帶作為排泄通道?；谒疂B透以及承壓的作用，斷裂破碎帶與風(fēng)化層之間會存在一定的濕度差，進(jìn)而導(dǎo)致蒸發(fā)作用與熱容量之間出現(xiàn)物理性差異。如果氣象環(huán)境以及太陽照射程度一致，物理性差異則表現(xiàn)為輻射溫度較低，熱圖線狀表現(xiàn)為冷異常。如果地下水具有較大的埋深值，上伏破碎巖便會引發(fā)熱線異常現(xiàn)象，具體關(guān)系式如下：

P= pC

其中P表示熱慣量；K表示熱傳導(dǎo)率；p表示密度；C表示熱容量。在覆蓋條件下，只有對紅外熱圖的晝夜呈現(xiàn)形態(tài)進(jìn)行對比，才能對貯水地段以及構(gòu)造帶的線性體進(jìn)行準(zhǔn)確體現(xiàn)。

（二）巖溶發(fā)育帶

碳酸鹽地層將巖溶發(fā)育區(qū)作為地下水匯集區(qū)，如果熔巖發(fā)育深度較大，且和地表水氣存在一定的關(guān)聯(lián)，熱圖顯示形狀則不具有規(guī)則性，多數(shù)呈條帶狀冷異常，且具有延伸方向，但時間差異會在一定程度上改變熱圖反映。除此之外，熱圖還可以對巖溶發(fā)育帶走向上的落水洞以及泉點(diǎn)進(jìn)行清晰反映。白天，泉點(diǎn)反映為黑暗冷點(diǎn)，晚上則是白色熱點(diǎn)；而落水洞無論是在晚上還是白天，均體現(xiàn)為灰暗色不規(guī)則冷異常。

（三）古河道

地下水最主要的富集區(qū)域便是古河道。如果古河道埋藏較淺，地貌上會留存一定的痕跡，利用航拍可以準(zhǔn)確把握。如果埋藏較深，并存在松散堆積物覆蓋現(xiàn)象，地表體現(xiàn)的熱特性則具有較強(qiáng)的復(fù)雜性。不過基于水滲透的作用，地表會出現(xiàn)濕度較大區(qū)域，在一定的季節(jié)環(huán)境中，地區(qū)濕度若較大，其熱容量以及發(fā)射率也較大，因此，只需通過紅外輻射量便可以準(zhǔn)確判斷。

二、地質(zhì)應(yīng)用的效果分析

（一）構(gòu)造裂隙水

我國海南島的火成巖區(qū)域存在嚴(yán)重的水資源供需矛盾，利用紅外遙感技術(shù)，對該地區(qū)沿海岸進(jìn)行地下水調(diào)查。熱紅外作業(yè)波段的長度值在9-13微米范圍內(nèi)，對該地區(qū)進(jìn)行晝夜分開掃描。對比凌晨以及白天兩個時間段內(nèi)掃描所得的熱圖以及地表輻射溫度的各種測量數(shù)據(jù)可知，在熱象圖上，由于巖性存在差異，所以表現(xiàn)色調(diào)存在明暗差異。在此基礎(chǔ)上，將水系形態(tài)、紋理粗糙度、結(jié)構(gòu)以及地物影紋特征以及白天掃描所得熱象圖作為參考依據(jù)，對其他熱象進(jìn)行合理有效的印證處理，例如，空間濾波熱象、凌晨熱象以及夜間熱象等，可以對地層界線進(jìn)行明確區(qū)分，不過，要想對巖性進(jìn)行具體測量，還需集合相關(guān)地質(zhì)材料。探測區(qū)域構(gòu)造斷裂帶多存在于層間不整合面、沿脈、斷裂凹陷、破碎帶以及斷層面，因此，其富水性以及導(dǎo)水性會有別于圍巖，不僅如此，其植被發(fā)育狀況也會具有明顯的差異性，白天熱象圖的具體表現(xiàn)為暗色連續(xù)帶。

（二）針對巖溶發(fā)育帶開展水文地質(zhì)調(diào)查

在我國某次隧道建設(shè)過程中，利用紅外掃描法試驗研究該區(qū)域的水溫地質(zhì)條件。由于研究區(qū)域的地形較為陡峭，且海拔極高，據(jù)測最大值約為1000m，植被發(fā)育狀況較好，地質(zhì)調(diào)查工作順利開展的難度系數(shù)非常大，不僅如此，我國關(guān)于該區(qū)域、甚至周邊區(qū)域的相關(guān)地質(zhì)資料非常少，無法為地質(zhì)調(diào)查工作提供有價值的輔助數(shù)據(jù)。調(diào)查人員利用熱紅外技術(shù)，分別在凌晨、白天兩個時間段，對該地區(qū)進(jìn)行掃描成象處理，通過對比最終所得熱象圖，才對該地區(qū)的巖溶發(fā)育帶以及構(gòu)造帶進(jìn)行有效明確。

該地區(qū)的南部存在發(fā)育現(xiàn)象較為異常的巖溶帶，但與隧道建設(shè)軸線之間存在較遠(yuǎn)距離。輻射特點(diǎn)主要體現(xiàn)為植被發(fā)育較差時，其地表溫度比環(huán)境溫度低，在白天以及凌晨掃描所得的熱象圖上，均表現(xiàn)為冷異常。不僅如此，在凌晨熱象圖上，其邊界還存在冷暈現(xiàn)象。由于巖性不同，所以在熱象圖的冷異?，F(xiàn)象中存在十分明顯的邊界。而如果地表植被發(fā)育狀況較好，凌晨掃描所得熱象圖上，則表現(xiàn)為暖反映，如果周邊存在植被發(fā)育現(xiàn)象，熱象圖表現(xiàn)則為冷反映，但其要暖于無植被發(fā)育現(xiàn)象的巖溶帶，在范圍以及形態(tài)方面，兩個時間段的熱象圖均體現(xiàn)為冷異常。具體航拍圖如下所示：

圖1 巖溶發(fā)育帶熱象圖

結(jié)語：

隨著我國科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，加之大量的實踐實驗，我國熱紅外技術(shù)在物探方面的地質(zhì)效果已取得較大幅度的提升。不過，由于熱紅外探測技術(shù)屬于新興技術(shù)，還有很多不足之處需要總結(jié)大量實驗成果進(jìn)行整體完善?，F(xiàn)階段，我國在水文地質(zhì)調(diào)查方面，應(yīng)將熱紅外圖像處理技術(shù)、探測技術(shù)、應(yīng)用范圍以及應(yīng)用等方面的研究作為關(guān)注重點(diǎn)，在明確認(rèn)知其物理方法特性以及局限性的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行合理應(yīng)用，只有這樣，才能促使我國熱紅外技術(shù)取得良好的地質(zhì)調(diào)查效果，提高我國水文地質(zhì)調(diào)查的經(jīng)濟(jì)效益。

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